基于几何学的数字化建筑设计策略研究

摘要：原本依赖几何学的建筑绘图逐渐被新兴的数字学取代，在保证准确度、

提高效率的同时也改变了建筑设计的思维。这一切也见证了新型印刷术对知识传

播在媒介、手段上的推动。建筑师对基本算术及代数的把握越来越好，进而能够

处理更复杂的建筑设计和更大规模的建筑项目，而对海量数据的处理需求最终催

生了当代的建筑数字化文明。随着建筑数字技术迅猛发展，一种关注于设计建造

的基于几何学的数字化建筑设计方法正逐渐成形，它将帮助我们面对复杂建筑形

体的生成、分析与实质建造的全过程。介绍“建筑几何学”这一新研究领域，讨论

其内涵及发展起源等基本问题，并通过面向形体生成和面向建造两个方面的实例

分析，归纳建筑几何学的基本研究内容和方法策略，揭示几何学的当代建筑学意义，以此为数字化建筑设计提供更为清晰的视角和切入点。

关键词：建筑几何学；数字化设计；形体生成；建造；

0引言

几何形体充斥着我们周围，呈现多样的视觉效应。对几何学视觉效应的设计

理念进行探寻是建筑师们热衷的议题。从17世纪的瓜里尼到20世纪的路易斯·康，建筑师通过赋予几何形体特有的意义而使得他们创造的几何学视觉效应匠心独运。马里奥·博塔同样是这样的能手，他在秉承前辈们优秀传统的基础上融入自己的独

特思考，将早期的几何学视觉效应内涵的意义由单一推向多元，该文从"光的几何塑型，自然与几何的交融，城市与几何的识别"三个方面对马里奥·博塔的几何学

视觉效应背后的意义进行探寻，发掘马里奥·博塔几何学视觉效应背后的设计理念。 1建筑几何学研究概述

建筑学自产生以来便与几何学密不可分，从古典建筑时期的比例系统，到现

代建筑的模度，再到20世纪末数字转型期的自由曲面，在其不同的历史阶段中，几何学发挥着不同作用并引发了相应的建筑形式的特征演变。当前，在数字技术

的推动下，几何学不仅为数字化建筑的形式创新提供了新的可能性，而且贯穿从

设计到建造各环节的三维数字模拟、分析、优化和对接，从而以合理、高效的几

何途径实现全新的建筑形式。本文将介绍“建筑几何学”这一新研究领域，并通过

具体案例来阐述基于几何规则的操作过程，重点是论述几何学在这一数字化建构

过程中的设计策略。

1.1含义及现状

“建筑几何学”（ArchitecturalGeometry）是数字时代建筑学结合复杂几何学进

行多学科交叉的专业研究领域，2007年由奥地利计算几何学家赫尔穆特·波特曼（HelmutPottmann）首次明确地提出这一概念，它是以计算机为技术载体，旨在

解决数字化建模过程中复杂形体建筑的设计建造问题，包括几何离散化和数值优

化两方面特点。尽管建筑几何学属于跨学科的研究领域，受到建筑师、计算几何

学家、结构工程师及数学家等不同群体的关注，但最终研究的仍是建筑形式的操

作与实现。近年来，建筑几何学正逐渐成为数字化建筑领域的核心话题，它不仅

是关联数字化设计与建造的“信息媒介”，更是关键的设计方法，以致力于探索与

呈现几何规则、形式生成和建造逻辑之间的一致性。在这一趋势下，欧美尖端建

筑院校，例如美国麻省理工学院（MIT）、英国伦敦大学（UCL）、瑞士苏黎世理

工大学（ETH）等，都把建筑几何学列为一门核心的前沿课题；同时，一些建筑